Il problema delle collisioni dei reader

Permettere l’uso di multipli reader su un canale wireless condiviso non comporta solo vantaggi. Infatti, la cooperazione simultanea di pi`u dispos- itivi entro lo stesso spazio fisico introduce il problema delle comunicazioni concorrenti ai transponder. Si distinguono due diverse collisioni:

• (multiple) reader to tag collision [14, 15]: se i reader sono a dis-

tanza ravvicinata tra di loro ed operano nello stesso canale, possono interferire l’uno con l’altro; ovvero il segnale trasmesso da un reader potrebbe sovrapporsi a quello trasmesso da un transpoder in risposta ad un altro reader, corrompendo di fatto la trasmissione.

• reader to reader collision [16]: anche se due reader operano su un canale diverso, se ci sono tag che appartengono contemporaneamente

ad aree di copertura di reader diversi, `e probabile che un transponder riceva due richieste simultanee da reader diversi, non potendo cos`ı rispondere in modo affidabile a nessuna delle due query.

Capitolo 3

Il problema delle collisioni

dei reader

Tutti i reader hanno uno spazio finito entro il quale possono comunicare con i transponder, detto area di copertura o interrogation zone. I reader le cui aree di copertura si intersecano posso interferire tra di loro, ma ci`o non `e una condizione necessaria, in quanto le interferenze possono avvenire in ugual modo anche quando le zone sono distinte, a causa dell’utilizzo delle radiofrequenze per la comunicazione.

In linea di principio per massimizzare la comunicazione a buon termine (senza collisioni) con i transponder occore minimizzare il numero e la period- icit`a delle collisioni tra i reader, allocando in modo intelligente le frequenze nel tempo.

lema di assegnare frequenze ad un insieme di trasmettitori di radiofrequenze generiche, come ad esempio cellulari e base station. I sistemi della comu- nicazione cellulare consistono appunto di base station che fungono da ar- bitri per la comunicazione tra dispositivi intelligenti mobili, come i telefoni cellulari.

La differenza `e che, nel caso dei sistemi RFId, a causa della bassa ca- pacit`a funzionale dei transponder essi non sono in grado n`e di differenziare i reader, n`e di scegliere di iniziare la comunicazione con uno in particolare. Cosa ancora pi`u fondamentale, il transponder non pu`o scegliere la frequenza sulla quale comunicare, limitandosi a rispondere indifferentemente a tutte le trasmissioni che gli arrivano entro un intervallo di frequenza piuttosto ampio.

Molte delle soluzioni proposte in letteratura al problema del frequency

assignment [17, 18, 19] possono essere applicate solo parzialmente al proble-

ma della reader collision; questo perch`e a differenza di alcune base station, i reader sono capaci di trasmettere su una sola frequenza alla volta. Per di pi`u, dal momento che i sistemi RFId operano sulle bande pubbliche ISM (industrial, scientific and medical radio bands le frequenze utilizzate per la comunicazione non possono essere controllate, ma si pu`o agire solo sui tempi durante i quali i reader trasmettono. Questo `e in netto contrasto con le reti cellulari che, operando su bande di frequenza proprietarie della compagnia, ne hanno esplicito controllo.

In pi`u, si deve anche contemplare la possibilit`a che altri dispositivi stiano operando contemporaneamente sulle frequenze ISM, e perci`o potenzialmente in conflitto con i reader. Ovviamente, non si pu`o derogare ai sistemi RFId il controllo di tali dispositivi, n`e possiamo pretendere che essi si coordinino con le azioni dei reader in modo tale da minimizzare le interferenze. Perci`o, il reader stesso dovr`a essere in grado di operare con efficienza, anche qualora vi fossero altri dispositivi che utilizzano la stessa banda di frequenza.

Infine, c’`e da dire che il reader collision problem `e affine anche al prob- lema del Medium Access Protocol (MAC) delle reti wireless ad-hoc. Ri- cordiamo che le reti wireless ad-hoc consistono di un insieme di dispositivi indipendenti che possono comunicare su una rete non strutturata condivisa. Il problema MAC per tali reti si propone di allocare i tempi di comunicazione tra i dispositivi in modo da ottimizzarne le performance.

3.1

Il problema dell’assegnamento di frequenza

Sia V l’insieme di tutti i reader, con vi ∈ V corrispondente al reader i, e

sia f (vi, t) l’insieme delle frequenze assegnate a vi al tempo t. Allora un

assegnamento di frequenza nel tempo `e ragionevole se:

• soddisfa un certo vincolo di intervallo di frequenza F • soddisfa una certa soglia di interferenza I.

Un assegnamento di frequenza ottimale minimizza una funzione di costo che dipende fortemente dal contesto del problema. Un obiettivo comune `e quello di minimizzare il tempo necessario affinch`e tutti i reader possano comunicare, fissata una distribuzione uniforme delle frequenze (o canali).

Data la banda di frequenza limitata, sarebbe utile poter riutilizzare le frequenze sfruttando la natura particolare della propagazione del segnale radio, che esprime la potenza del segnale come funzione della distanza dalla sorgente emittente, in questo caso il reader.

A tale scopo, i reader che sono sufficientemente distanti, possono utiliz- zare la stessa frequenza per la comunicazione allo stesso tempo, senza che iterferiscano l’uno con l’altro.

In alternativa, si potrebbe dare la possibilit`a di trasmettere solo quando nessun reader `e gi`a coinvolto in comunicazioni; una tecnica che permette la comunicazione sulla stessa frequenza partizionandola nel tempo `e chiamata

Time Division Multiple Acces (TDMA), ed `e necessaria quando il numero

di reader che possono potenzialmente collidere `e maggiore del numero di frequenze fissate diponibili nel sistema.

Intervallo di frequenza

Mentre per frequenza si fa riferimento tecnicamente alla singola lunghezza d’onda di una sinusoidale continua, una serie di frequenze continue attraver- so un qualche mezzo (ad esempio, lo spazio) `e un canale con intervallo di

frequenza definito come differenza tra la frequenza massima e la minima per tale canale.

Nei sistemi RFId lo spettro di frequenza F `e partizionato in K intervalli mutuamente esclusivi Ci di uguale lunghezza che chiamiamo canali, ovvero:

F = {C1, C2, ..., Ck} | Ci∧ Cj = ∅,

i, j = 1...k, i 6= j,

C1∪ ... ∪ Ck = F,

dove l’indice di ogni canale `e un intero positivo, assegnato man mano che si occupa la frequenza.